La photosynthèse, moteur essentiel de la vie sur Terre, repose principalement sur la lumière du soleil. Les photons traversent l’atmosphère et sont absorbés par des organismes photosynthétiques tels que les plantes et les algues. Ce processus permet de produire de l’énergie chimique sous forme de sucres, qui est ensuite intégrée dans les réseaux alimentaires complexes.
La photosynthèse à faible luminosité
Lorsqu’il fait très sombre, qu’en est-il de la photosynthèse ? Les biologistes se sont longtemps interrogés sur la quantité minimale de lumière nécessaire pour que ce processus fonctionne, estimant un seuil théorique de 0,01 micromoles de photons par mètre carré par seconde, soit moins d’un cent millième de la lumière d’une journée ensoleillée.
Jusqu’à récemment, cette estimation restait théorique, car il était difficile d’étudier la photosynthèse dans des conditions de faible luminosité. Cependant, l’Arctique offre des environnements uniques où la lumière est rare, en particulier lors des mois d’hiver où le soleil disparaît complètement. Là, on pensait que les microalgues, présentes dans l’eau et la glace, se mettaient en mode veille en attendant le retour de la chaleur et de la lumière.
Une recherche innovante en Arctique
En hiver 2020, Clara Hoppe, biogéochimiste à l’Institut Alfred Wegener en Allemagne, a séjourné plusieurs mois sur un navire coincé dans une banquise pour étudier les limites de la photosynthèse dans l’obscurité. Son équipe a découvert que des microalgues étaient capables de croître et de se reproduire à des niveaux de lumière proches du minimum théorique, bien plus bas que ce qui avait été observé auparavant.
Ce travail a révélé que dans certaines des régions les plus froides et sombres de la planète, la vie pouvait s’épanouir avec un minimum de lumière. Douglas Campbell, spécialiste en photosynthèse aquatique, a souligné l’importance de ces résultats, précisant que certains phytoplanctons pourraient réaliser des fonctions vitales même en faible luminosité.
Un écosystème dynamique
Traditionnellement, l’Arctique est perçu comme un environnement statique en hiver. Les organismes capables de fuir les eaux glacées le font, tandis que ceux qui restent vivent de réserves ou tombent dans une sorte de sommeil. Cependant, il semblerait que certains phytoplanctons soient actifs même en hiver. Des recherches antérieures avaient déjà montré que des niveaux de chlorophylle, indicateur d’une photosynthèse active, étaient plus élevés que prévu dans les eaux hivernales.
Au cours de l’expédition, Hoppe et son équipe ont pris des échantillons d’eau de mer et de glace pour analyser la capacité de photosynthèse des microalgues. Ils ont mesuré une augmentation de l’absorption du carbone et de la concentration de chlorophylle à la fin de mars, coïncidant avec le retour de la lumière printanière.
Des découvertes importantes sur la photosynthèse
Un élément clé de cette recherche a été la mesure de la lumière sous la glace, réalisée par Niels Fuchs et son équipe. Ils ont déployé des capteurs de lumière qui ont enregistré des données pendant plusieurs mois, permettant de déterminer qu’à la fin mars, la lumière mesurée était extrêmement faible, à environ 0,04 micromoles par mètre carré par seconde.
Cette découverte, associée aux observations de Hoppe, a confirmé une première observation de la photosynthèse à des niveaux de lumière proches du minimum théorique. Les microalgues étaient non seulement actives mais également en train de croître et de produire de la biomasse.
Un avenir prometteur pour la recherche
Les résultats de cette étude soulèvent des questions sur la capacité des microalgues à survivre et à s’activer rapidement lorsque la lumière revient. Selon Campbell, cette capacité d’exploiter des niveaux de lumière très bas pourrait être cruciale pour leur survie. De plus, il se pourrait que certaines algues dans des environnements marins profonds et froids possèdent également des mécanismes similaires.
Ces découvertes pourraient non seulement modifier notre compréhension des cycles de vie des organismes arctiques, mais aussi élargir notre connaissance des écosystèmes marins dans d’autres régions du monde.